可靠性试验讲义1.基本概念可靠性：产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。

产品：指作为单独研究和分别试验对象的任何元件、设备或系统，可以是零件、部件，也可以是由它们装配而成的机器，或由许多机器组成的机组和成套设备，甚至还把人的作用也包括在内。

在具体使用“产品”这一词时，其确切含义应加以说明。

例如汽车板簧、汽车发动机、汽车整车等。

规定条件：一般指的是使用条件,环境条件。

包括应力温度、湿度、尘砂、腐蚀等，也包括操作技术、维修方法等条件。

规定时间：是可靠性区别于产品其他质量属性的重要特征，一般也可认为可靠性是产品功能在时间上的稳定程度。

因此以数学形式表示的可靠性各特征量都是时间的函数。

这里的时间概念不限于一般的年、月、日、分、秒，也可以是与时间成比例的次数、距离。

例如应力循环次数、汽车行驶里程。

规定功能：道德要明确具体产品的功能是什么，怎样才算是完成规定功能。

产品丧失规定功能称为失效，对可修复产品通常也称为故障。

怎样才算是失效或故障，有时很容易判定，但更多情况则很难判定。

当产品指的是某个螺杆，显然螺栓断裂就是失效；当产品指的是某个设备，对某个零件损坏而该设备仍能完成规定功能就不能算失效或故障，有时虽有某些零件损坏或松脱，但在规定的短时间内可容易地修复也可不算是失效或故障。

若产品指的是某个具有性能指标要求的机器，当性能下降到规定的指标后，虽然仍能继续运转，但已应算是失效或故障。

究竟怎样算是失效或故障，有时要涉及厂商与用户不同看法的协商，有时要涉及当时的技术水平和经济政策等而作出合理的规定。

能力：只是定性的理解是比较抽象的，为了衡量检验，后面将加以定量描述。

产品的失效或故障均具有偶然性，一个产品在某段时间内的工作情况并不很好地反映该产品可靠性的高低，而应该观察大量该种产品的工作情况并进行合理的处理后才能正确的反映该产品的可靠性，因此对能力的定量需用概率和数理统计的方法。

按产品可靠性的形成，可靠性可分为固有可靠性和使用可靠性。

固有可靠性是通过设计、制造赋予产品的可靠性；使用可靠性既受设计、制造的影响，又受使用条件的影响。

一般使用可靠性总低于固有可靠性。

可靠度可靠度是产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的概率，一般记为R。

它是时间的函数，故也记为R（t）,称为可靠度函数。

图1 图2如果用随机变量T表示产品从开始工作到发生失效或故障的时间，其概率密度为f（t）如上图所示，若用t表示某一指定时刻，则该产品在该时刻的可靠度图1。

对于不可修复的产品，可靠度的观测值是指直到规定的时间区间终了为止，能完成规定功能的产品数与在该区间开始时投入工作产品数之比，即图2式中:N——开始投入工作产品数（t）——到t时刻完成规定功能产品数，即残存数NaN（t）——到t时刻未完成规定功能产品数，即失效数。

f平均寿命平均寿命：平均寿命是寿命的平均值，对不可修复产品常用失效前平均时间，一般记为MTTP，对可修复产品则常用平均无故障工作时间，一般记为MTBF。

它们都表示无故障工作时间T的期望E（T）或简记为t。

如已知T的概率密度函数f（t），则经分部积分后也可求得2.可靠性试验2.1可靠性试验进行可靠性设计时，为明确所涉及产品可靠性的要求，指定可靠性的目标、预计和验证可靠性有关特征量等，必须掌握可靠性数据。

可靠性实验是获得可靠性数据的重要手段。

可靠性实验是为了提高或证实产品（包括系统、零部件及材料）可靠性而进行试验的总称。

2.2 寿命试验是可靠性试验的一个很重要的部分，是评价分析产品寿命特征量所进行的试验。

寿命试验的几种分类1 根据试验场所分类：根据试验截止情况分类根据试验中失效后是否用新事件替换后继续试验分类（1）现场寿命试验这是产品在实际使用条件下观测到的实际寿命数据，最能说明产品可靠性的特征，可以说是最终的客观标准。

因此，收集现场中产品的寿命数据很重要。

然而，收集现场数据也会遇到各种困难，需要时间长，工作情况也难以一致，而且必须要有相应的组织管理工作。

（2）实验室寿命试验实验室试验是模拟现场情况的试验，它将现场重要的应力条件搬到实验室，并加以人工的控制，也可进行影响寿命的单项或少数几项应力组合的试验，也可设法缩短试验时间加速取得试验的结果。

2 根据试验截止情况分类（1）全数寿命试验样本全部失效才停止试验。

这种试验可以获得较完整的数据，统计分析结果也较为可信。

但是所需试验时间较长，甚至难以实现。

（2）实时截尾寿命试验试验到规定的时间，不管样本已失效多少，试验就截止。

（3）定数截尾寿命试验试验到规定的失效数时试验就截止。

若规定失效数为全部试样n，即为全数寿命试验。

3 根据试验中失效后是否用新事件替换后继续试验分类（1）有替换定时截尾试验；（2）有替换定数截尾试验；（3）无替换定时截尾试验；（4）无替换定数截尾试验（包括全数寿命试验）。

此外尚有分组最小值寿命试验，中止寿命试验等。

分组最小值寿命试验是将n个试件分为m个组，各组试件同时试验到1个失效就截止试验，以节省试验时间。

中止寿命试验在试验开始时，样本大小为n，随着试验的进行，有些试件中余逐渐截止，这在收集现场数据时，就常发生这种情况。

加速试验为缩短观测产品应力响应所需要持续时间或放大给定持续时间内的响应，在不改变基本的故障模式和失效机理或它们的相对主次关系的前提下，施加的应力水平选取超过规定的基准条件的一种试验。

加速寿命试验的原理和类型原理：在不改变产品的失效机理，不增加新的失效因子的前提下，提高试验应力（如机械应力，热应力或电应力），加速产品的失效进程，促使产品在短时间内失效，在根据试验数据，运用加速寿命曲线或方程推算出正常应力下的产品寿命。

分类：1、恒定应力加速寿命试验取Si=KS0为试验应力，在试验过程中Si不变的寿命。

2、步进应力加速寿命试验试验应力随时间分级阶梯形增大的寿命试验。

样品少，试验周期短，但外推精度较差。

3、序进应力加速寿命试验试验应力按线性或其它规律连续增大的寿命试验。

样品更少，试验周期更短，需专门的程序控制设备。

恒定应力寿命试验较为成熟，数据易处理，外推的精度较高，虽然试验时间较长，但目前是最常用的加速寿命试验。

恒定应力加速寿命试验设计要点1、加速应力S的选择机械应力--压力，振动，冲击；热应力--温度；电应力--电压，电流。

2、加速应力水平的确定S1,S2,…Sl确定原则：l 4，一般取4~5；Sl应尽可能高，但应小于应力极限，S1应接近实际应力水平。

3、试验样品的选取与分组4、测试周期的确定0<t1<t2<…<tk5、试验停止时间的确定每组采用截尾试验，r1,r2,..rl为其截尾数，一般要求ri在投试样品ni中占50%以上，且ri 5。

三、加速寿命曲线和加速寿命方程可靠性试验目的：1. 在研制阶段用以暴露试制产品各方面的缺陷，评价产品可靠性达到预定指标的情况；2. 生产阶段为监控生产过程提供信息；3. 对定型产品进行可靠性鉴定或验收；4. 暴露和分析产品在不同环境和应力条件下的失效规律及有关的失效模式和失效机理；5. 为改进产品可靠性，制定和改进可靠性试验方案，为用户选用产品提供依据。

对于不同的产品，为了达到不同的目的，可以选择不同的可靠性试验方法。

可靠性试验有多种分类方法.1. 如以环境条件来划分,可分为包括各种应力条件下的模拟试验和现场试验；2. 以试验项目划分，可分为环境试验、寿命试验、加速试验和各种特殊试验；3. 若按试验目的来划分，则可分为筛选试验、鉴定试验和验收试验；4. 若按试验性质来划分，也可分为破坏性试验和非破坏性试验两大类。

5. 但通常惯用的分类法，是把它归纳为五大类:A. 环境试验B. 寿命试验C. 筛选试验D. 现场使用试验E. 鉴定试验1. 环境试验是考核产品在各种环境（振动、冲击、离心、温度、热冲击、潮热、盐雾、低气压等）条件下的适应能力，是评价产品可靠性的重要试验方法之一。

2. 寿命试验是研究产品寿命特征的方法，这种方法可在实验室模拟各种使用条件来进行。

寿命试验是可靠性试验中最重要最基本的项目之一，它是将产品放在特定的试验条件下考察其失效（损坏）随时间变化规律。

通过寿命试验，可以了解产品的寿命特征、失效规律、失效率、平均寿命以及在寿命试验过程中可能出现的各种失效模式。

如结合失效分析，可进一步弄清导致产品失效的主要失效机理，作为可靠性设计、可靠性预测、改进新产品质量和确定合理的筛选、例行（批量保证）试验条件等的依据。

如果为了缩短试验时间可在不改变失效机理的条件下用加大应力的方法进行试验，这就是加速寿命试验。

通过寿命试验可以对产品的可靠性水平进行评价，并通过质量反馈来提高新产品可靠性水平。

3. 筛选试验是一种对产品进行全数检验的非破坏性试验。

其目的是为选择具有一定特性的产品或剔早期失效的产品，以提高产品的使用可靠性。

产品在制造过程中，由于材料的缺陷，或由于工艺失控，使部分产品出现所谓早期缺陷或故障，这些缺陷或故障若能及早剔除，就可以保证在实际使用时产品的可靠性水平。

可靠性筛选试验的特点是：A. 这种试验不是抽样的，而是100%试验；B. 该试验可以提高合格品的总的可靠性水平，但不能提高产品的固有可靠性，即不能提高每个产品的寿命；C. 不能简单地以筛选淘汰率的高低来评价筛选效果。

淘汰率高，有可能是产品本身的设计、元件、工艺等方面存在严重缺陷，但也有可能是筛选应力强度太高。

淘汰率低，有可能产品缺陷少，但也可能是筛选应力的强度和试验时间不足造成的。

通常以筛选淘汰率Q和筛选效果β值来评价筛选方法的优劣：合理的筛选方法应该是β值较大，而Q值适中。

上述各种试验都是通过模拟现场条件来进行的。

模拟试验由于受设备条件的限制，往往只能对产品施加单一应力，有时也可以施加双应力，这与实际使用环境条件有很大差异，因而未能如实地、全面地暴露产品的质量情况。

现场使用试验则不同，因为它是在使用现场进行，故最能真实地反映产品的可靠性问题，所获得的数据对于产品的可靠性预测、设计和保证有很高价值。

对制定可靠性试验计划、验证可靠性试验方法和评价试验精确性，现场使用试验的作用则更大。

鉴定试验是对产品的可靠性水平进行评价时而做的试验。

它是根据抽样理论制定出来的抽样方案。

在保证生产者不致使质量符合标准的产品被拒收的条件下进行鉴定试验。